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光學基礎知識:焦點、彌散圓、景深:概念與計算

jt_rfid5 ? 來源:機器視覺沙龍 ? 2023-02-28 10:13 ? 次閱讀

先介紹幾個概念:

1、焦點(focus)

與光軸平行的光線射入凸透鏡時,理想的鏡頭應該是所有的光線聚集在一點后,再以錐狀的擴散開來,這個聚集所有光線的一點,就叫做焦點。

d1d2b946-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

2、彌散圓(circle of confusion)

在焦點前后,光線開始聚集和擴散,點的影象變成模糊的,形成一個擴大的圓,這個圓就叫做彌散圓。

在現實當中,觀賞拍攝的影象是以某種方式(比如投影、放大成照片等等)來觀察的,人的肉眼所感受到的影象與放大倍率、投影距離及觀看距離有很大的關系,如果彌散圓的直徑小于人眼的鑒別能力,在一定范圍內實際影象產生的模糊是不能辨認的。這個不能辨認的彌散圓就稱為容許彌散圓(permissible circle of confusion)。

d1f1271e-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

不同的廠家、不同的膠片面積都有不同的容許彌散圓直徑的數值定義。一般常用的是:

畫幅

24mm x 36mm

6cm x 9cm

4" x 5"

彌散圓直徑

0.035mm

0.0817mm

0.146mm

35mm照相鏡頭的容許彌散圓,大約是底片對角線長度的1/1000~1/1500左右。前提是畫面放大為5x7英寸的照片,觀察距離為25~30cm。

3、景深(depth of field)

在焦點前后各有一個容許彌散圓,這兩個彌散圓之間的距離就叫景深,即:在被攝主體(對焦點)前后,其影像仍然有一段清晰范圍的,就是景深。換言之,被攝體的前后縱深,呈現在底片面的影象模糊度,都在容許彌散圓的限定范圍內。

d20993ee-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

景深隨鏡頭的焦距、光圈值、拍攝距離而變化。對于固定焦距和拍攝距離,使用光圈越小,景深越大。

d21efffe-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

示意圖1

d22e2e66-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

示意圖2

以持照相機拍攝者為基準,從焦點到近處容許彌散圓的的距離叫前景深,從焦點到遠方容許彌散圓的距離叫后景深。

4、景深的計算

下面是景深的計算公式。其中:

δ

――

容許彌散圓直徑

f

――

鏡頭焦距

F

――

鏡頭的拍攝光圈值

L

――

對焦距離

ΔL1

――

前景深

ΔL2

――

后景深

ΔL

――

景深

FδL2

前景深 ΔL1=

――――――

(1)

f2+ FδL

FδL2

后景深 ΔL2=

――――――

(2)

f2- FδL

2f2FδL2

景深 ΔL =

ΔL2 + ΔL2=

――――――

f4- F2δ2L2

從公式(1)和(2)可以看出,后景深 > 前景深。

由景深計算公式可以看出,景深與鏡頭使用光圈、鏡頭焦距、拍攝距離以及對像質的要求(表現為對容許彌散圓的大小)有關。這些主要因素對景深的影響如下(假定其他的條件都不改變):

(1)、鏡頭光圈:

光圈越大,景深越??;光圈越小,景深越大;

(2)、鏡頭焦距

鏡頭焦距越長,景深越?。唤咕嘣蕉?,景深越大;

(3)、拍攝距離

距離越遠,景深越大;距離越近,景深越小。

5、一些計算實例

網上有些在線計算器,有興趣的網友可以參考:

攝影光學計算器

Windows版本的可下載的計數器在

f/Calc

(1)、200/2.8對焦在5m時,f/2.8的景深:

δ

=

0.035mm

f

=

200mm

F

=

2.8

L

=

5000mm

ΔL1

=

60mm

ΔL2

=

62mm

ΔL

=

122mm

結論

該鏡頭在用f/2.8拍攝時,清晰范圍是從4.94m~5.062m,景深很淺。

(2)、200/2.8+2X=400/5.6對焦在5m時,f/5.6的景深:

δ

=

0.035mm

f

=

400mm

F

=

5.6

L

=

5000mm

ΔL1

=

30mm

ΔL2

=

31mm

ΔL

=

61mm

結論

該鏡頭在配合2X增距鏡后,主鏡頭用f/2.8拍攝時,景深是(1)的一半。

景深的實際拍攝照片

d2472268-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg
d2677680-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg
d2857c5c-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg
d2b160b0-b2c3-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg
審核編輯 :李倩
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原文標題:【光電智造】光學基礎知識:焦點、彌散圓、景深:概念與計算

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